專利名稱：用于評(píng)估血管內(nèi)皮功能的裝置的制作方法
用于評(píng)估血管內(nèi)皮功能的裝置
與相關(guān)申請(qǐng)的交叉引用
本申請(qǐng)基于2011年12月9日提交的在先的日本專利申請(qǐng)?zhí)?011-276925并要求其優(yōu)先權(quán)利益，所述專利申請(qǐng)的全部?jī)?nèi)容在此弓I為參考。
背景技術(shù)：
本申請(qǐng)公開(kāi)的主題內(nèi)容涉及用于評(píng)估血管內(nèi)皮功能的裝置，在所述裝置中不使用超聲回聲系統(tǒng)等就能獲得與在使用超聲回聲系統(tǒng)的測(cè)量中獲得的評(píng)估相似的評(píng)估。
最近進(jìn)行的研究表明，在動(dòng)脈硬化發(fā)生時(shí)以血管內(nèi)皮功能的退化作為初始階段。為了防止動(dòng)脈硬化，已開(kāi)發(fā)了用于評(píng)估血管內(nèi)皮功能的技術(shù)和裝置。
作為用于評(píng)估血管內(nèi)皮功能的可靠技術(shù)，存在著一種被稱為FMD (血流介導(dǎo)的舒張)測(cè)量系統(tǒng)的裝置。在這種裝置中，測(cè)量以下列方式執(zhí)行。將與用于測(cè)量血壓的袖帶類似的袖帶附著于對(duì)象的手臂。在以高于對(duì)象最高血壓的壓力執(zhí)行約5分鐘的恒定時(shí)間的動(dòng)脈阻塞后，松開(kāi)動(dòng)脈的阻塞。在松開(kāi)動(dòng)脈阻塞后約3分鐘時(shí)，通過(guò)超聲回聲系統(tǒng)測(cè)量袖帶上游或下游處的血管直徑。根據(jù)血管直徑的時(shí)間依賴性變化率來(lái)評(píng)估血管內(nèi)皮功能。
在正常血管的情形中，由動(dòng)脈阻塞后即刻的血流造成的血管內(nèi)壁的剪應(yīng)力促進(jìn)NO的產(chǎn)生，其是來(lái)自于血管內(nèi)皮細(xì)胞的血管減壓劑物質(zhì)。結(jié)果，血管直徑擴(kuò)大。相反，在血管內(nèi)皮功能存在障礙的情形中，血管直徑擴(kuò)大的程度降低。因此，當(dāng)對(duì)動(dòng)脈阻塞之前和之后血管直徑的變化進(jìn)行測(cè)量時(shí)，可以評(píng)估血管內(nèi)皮功能。
通過(guò)FMD測(cè)量系統(tǒng)的評(píng)估技術(shù)需要通過(guò)超聲回聲系統(tǒng)測(cè)量血管直徑的技巧，并且難以操作。此外，還存在著所述技術(shù)需要大規(guī)模裝置并缺少簡(jiǎn)便性的問(wèn)題。
相反，作為使用簡(jiǎn)單結(jié)構(gòu)的技術(shù)，存在著利用袖帶壓力的技術(shù)。在所述技術(shù)中，將袖帶壓力維持在高于最高血壓的預(yù)定壓力下，然后快速降低，維持在高于最低血壓并低于平均血壓的另一個(gè)預(yù)定壓力下，并且，在袖帶壓力被維持在所述另一個(gè)預(yù)定壓力期間，計(jì)算最初出現(xiàn)的第一脈沖波的袖帶壓力峰值與后來(lái)出現(xiàn)的最大袖帶壓力峰值的比率，從而能夠?qū)ρ軆?nèi)皮功能進(jìn)行評(píng)估(參見(jiàn)JP-A-2007-209492 )。
作為在其中能夠通過(guò)簡(jiǎn)單方法準(zhǔn)確測(cè)量血管內(nèi)皮功能的指數(shù)的技術(shù)，存在著一種技術(shù)，在所述技術(shù)中測(cè)量待測(cè)量血管的壓力和體積脈沖波，獲得每單位時(shí)間脈沖波的變化率，并根據(jù)靜息時(shí)一個(gè)心搏周期的變化率的最大值的立方根，計(jì)算與動(dòng)脈阻塞松開(kāi)后的值的比率作為血管舒張的程度(參見(jiàn)JP-A-2006-181261)。
還存在另一種技術(shù)，在所述技術(shù)中，根據(jù)指示了在反映出血管直徑變化的脈沖波峰之后的后半部分的特點(diǎn)的后脈沖波信息的時(shí)間依賴性變化，來(lái)確定血管內(nèi)皮細(xì)胞的功能是否正常(參見(jiàn)日本專利號(hào)3，632，014)。
還存在另一種技 術(shù)，在所述技術(shù)中，將用于測(cè)量外周動(dòng)脈脈動(dòng)流的變化的數(shù)字探針附著于手指尖，將袖帶附著于同一手指尖的同時(shí)進(jìn)行恒定時(shí)間段的動(dòng)脈阻塞，并通過(guò)數(shù)字探針監(jiān)測(cè)動(dòng)脈阻塞之前和之后外周動(dòng)脈緊張度的變化(參見(jiàn)日本專利號(hào)4，049，671)。
在FMD方法中，通過(guò)使用超聲回聲系統(tǒng)來(lái)執(zhí)行測(cè)量，并且測(cè)量血管直徑需要技巧。相反，在本申請(qǐng)公開(kāi)的主體內(nèi)容中，測(cè)量壓力刺激之前和之后血管容積的變化，以便能夠容易地獲得與在作為可靠現(xiàn)有技術(shù)的FMD方法中獲得的信息等同的信息，并且能夠通過(guò)與目前廣泛執(zhí)行的血壓測(cè)量的技術(shù)和結(jié)構(gòu)相似的技術(shù)和結(jié)構(gòu)來(lái)進(jìn)行測(cè)量，從而不需要技巧。
在JP-A-2007-209492所公開(kāi)的技術(shù)中，用于壓力刺激與脈沖波測(cè)量的加壓期是彼此連續(xù)的。盡管用于脈沖波測(cè)量的加壓低于動(dòng)脈平均血壓，但靜脈血被阻斷，因此對(duì)象的負(fù)擔(dān)大。相反，在本申請(qǐng)公開(kāi)的主題內(nèi)容中，在壓力刺激與脈沖波測(cè)量之間存在停止袖帶加壓的空載期。因此，將連續(xù)的血管阻斷期保持到最小，以便能夠降低對(duì)象的負(fù)擔(dān)。
在JP-A-2006-181261中所公開(kāi)的技術(shù)中，除了用于壓力刺激的袖帶之外，必須配置用于測(cè)量體積和壓力脈沖波的傳感器。因此操作被復(fù)雜化。相反，在本申請(qǐng)所公開(kāi)的主題內(nèi)容中，除了袖帶附著之外的傳感器不是必需的。因此，本申請(qǐng)所公開(kāi)的主題內(nèi)容在操作上有優(yōu)勢(shì)。
在日本專利號(hào)3，632，014中所公開(kāi)的技術(shù)中，測(cè)量源自于外周血管并包含在壓力脈沖波中的反射波分量。反射波分量的測(cè)量和振幅增加倍數(shù)Al的計(jì)算需要復(fù)雜的波形識(shí)別和計(jì)算處理，并且分析裝置必須具有高處理能力。相反，在本申請(qǐng)所公開(kāi)的主題內(nèi)容中，只需要測(cè)量脈沖波的波形，因此分析裝置不需具有高處理能力。
血壓改變血管的順應(yīng)性。當(dāng)血壓高時(shí),血管壁處于壁在外周方向上擴(kuò)張和變硬的狀態(tài)，并且順應(yīng)性低。相反，當(dāng)血壓低時(shí)，作用于血管壁的力小。因此，血管壁在外周方向上以較小程度擴(kuò)張，并且順應(yīng)性高。所有在JP-A-2007-209492、JP-A-2006-181261和日本專利號(hào)3，632，014中公開(kāi)的技術(shù)的問(wèn)題在于，測(cè)量到的血管信息不可避免地受到血管內(nèi)壓力、即血壓的影響。
在日本專利號(hào)4，049，671中公開(kāi)的技術(shù)中，通過(guò)數(shù)字探針監(jiān)測(cè)外周動(dòng)脈緊張度的變化。然而，在對(duì)脈沖波振幅進(jìn)行相互比較的情形中，包含不想要的影響的可能性高。特別是交感控制也引起外周動(dòng)脈緊張性。因此，存在著所述技術(shù)不能總是正確檢測(cè)血管內(nèi)皮功能的問(wèn)題。
在現(xiàn)有技術(shù)中，指示最大脈沖波振幅的袖帶壓力對(duì)應(yīng)于平均血壓。無(wú)論血壓水平如何，當(dāng)血管被袖帶以等于平均血壓的壓力壓迫時(shí)，血管內(nèi)外的壓力相互抵消，在血管壁外周方向上作用的力降至最低。在本申請(qǐng)所公開(kāi)的主題內(nèi)容中測(cè)量的最大脈沖波振幅，總是在作用于血管壁外周方向上的力最小化的狀態(tài)下測(cè)量，因此減少了血壓水平對(duì)測(cè)量結(jié)果的影響。可以說(shuō)，在這種狀態(tài)下血管直徑的變化指示了血管壁自身的特征。
根據(jù)上面討論的情況，本發(fā)明人提出了一種裝置等，在其中將袖帶纏繞在身體部位例如手臂周圍，通過(guò)使用袖帶來(lái)執(zhí)行預(yù)定時(shí)間的動(dòng)脈阻塞，在動(dòng)脈等阻塞之前和之后通過(guò)在相同位置使用袖帶來(lái)檢測(cè)脈沖波，并分析檢測(cè)到的脈沖波以評(píng)估血管內(nèi)皮功能(參見(jiàn)JP-A-2009-273870 和 JP-A-20I1-56200)。
已經(jīng)證明，根據(jù)所述裝置，通過(guò)使用袖帶能夠充分評(píng)估血管內(nèi)皮功能。此后，本發(fā)明人深入研究并獲得下述結(jié)論，即在JP-A-2009-273870和JP-A-2011-56200中公開(kāi)的技術(shù)中，通過(guò)在袖帶壓力改變的情況下測(cè)量最大脈沖波振幅，可以減少由血壓造成的影響，但是這種測(cè)量可能僅僅在血管的粘彈性特征之一上執(zhí)行。因此，當(dāng)血管壁粘性發(fā)生變化時(shí)，除了脈沖波振幅改變之外，血管壁的響應(yīng)特性也出現(xiàn)變化。然而，在JP-A-2009-273870和JP-A-2011-56200中公開(kāi)的技術(shù)中，存在著這樣的變化不能被充分捕獲的可能性。已經(jīng)考慮至IJ，最大脈沖波振幅之外的其他血管的粘彈性指數(shù)(在后文中，這樣的指數(shù)被稱為“血管粘彈性指數(shù)”)的比較，對(duì)于解決這個(gè)問(wèn)題是有效的。
在動(dòng)脈壁的結(jié)構(gòu)用Voigt模型表示的情形中，下列表達(dá)式適用于應(yīng)力f和畸變X:
f=ex+r (dx/dt)...(I)
其中e是彈性常數(shù)，r是粘性常數(shù)。
據(jù)認(rèn)為，表達(dá)式(I)中的畸變X對(duì)應(yīng)于在JP-A-2009-273870和JP-A-2011-56200中公開(kāi)的技術(shù)中血管直徑的變化，并且在JP-A-2009-273870和JP-A-2011-56200中公開(kāi)的獲得最大脈沖波振幅的比率的技術(shù)，是主要與指示所有血管粘彈性指數(shù)的表達(dá)式(I)的不包括右側(cè)導(dǎo)數(shù)項(xiàng)的部分的指數(shù)相關(guān)的技術(shù)。因此，需要開(kāi)發(fā)一種用于評(píng)估血管內(nèi)皮功能的裝置，其使用與指示所有血管粘彈性指數(shù)的表達(dá)式(I)相關(guān)的不包括最大脈沖波振幅的指數(shù)。
現(xiàn)有技術(shù)的FMD測(cè)量與心電圖的QRS同步的血管直徑的DC分量(表達(dá)式(I)中的畸變X)，原則上不測(cè)量脈動(dòng)分量，因此不受血管壁粘性的影響。然而，正如從表達(dá)式(I)明顯看出的，本申請(qǐng)所公開(kāi)的主題內(nèi)容中使用血管粘彈性指數(shù)并與血管內(nèi)皮功能相關(guān)的評(píng)估技術(shù)，受到血管壁粘性(表達(dá)式(I)中的r (dx/dt))的影響。因此，在開(kāi)發(fā)用于評(píng)估血管內(nèi)皮功能、在其中能夠進(jìn)行與在使用超聲回聲系統(tǒng)的測(cè)量中獲得的評(píng)估相似的評(píng)估的裝置時(shí)，必須盡可能減少粘性的影響。
圖9示出使用現(xiàn)有技術(shù)的FMD，在壓力刺激之前和之后的血管舒張中彈性和粘性變化的測(cè)量結(jié)果。根據(jù)圖9，可以看出壓力刺激后的彈性與壓力刺激前的彈性相比降低，壓力刺激后的粘性與壓力刺激前的粘性相比增加。
圖10示出在只有彈性降低以及彈性降低同時(shí)粘性增加的情形中，測(cè)量中脈沖波的振幅波形的實(shí)例。根據(jù)圖10，當(dāng)只有彈性降低時(shí)，只有脈沖波的振幅增加，并且據(jù)估計(jì)，當(dāng)測(cè)量脈沖波的振幅時(shí)，可以捕獲血管內(nèi)皮功能。正如在圖10的下部部分中所示，可以看出當(dāng)彈性降低并且同時(shí)粘性增加時(shí)，振幅變化出現(xiàn)時(shí)滯。結(jié)果表明，當(dāng)彈性降低并且同時(shí)粘性增加時(shí)，不能利用振幅變化的測(cè)量執(zhí)行充分測(cè)定。
發(fā)明概述
本申請(qǐng)所公開(kāi)的主題內(nèi)容可以提供一種用于評(píng)估血管內(nèi)皮功能的裝置，即使在血管粘性發(fā)生變化時(shí)，所述裝置也能準(zhǔn)確評(píng)估血管內(nèi)皮功能。
所述裝置 可以包括:袖帶壓力控制單元，其被構(gòu)造為通過(guò)使用適合于纏繞在對(duì)象身體的一部分周圍的袖帶，對(duì)所述對(duì)象身體的所述部分執(zhí)行預(yù)定時(shí)間的連續(xù)壓力刺激；袖帶壓力檢測(cè)單元，其被構(gòu)造為從與所述袖帶連接的壓力傳感器的輸出檢測(cè)袖帶壓力；脈沖波檢測(cè)單元，其被構(gòu)造為從所述壓力傳感器的輸出檢測(cè)脈沖波；以及分析單元，其被構(gòu)造為通過(guò)對(duì)不包含所述脈沖波振幅的血管粘彈性指數(shù)進(jìn)行比較來(lái)評(píng)估血管內(nèi)皮功能，所述血管粘彈性指數(shù)從在所述壓力刺激之前、期間和之后的兩個(gè)區(qū)段中檢測(cè)到的脈沖波獲得。
所述不包含脈沖波振幅的血管粘彈性指數(shù)，可以是在兩個(gè)區(qū)段中檢測(cè)到的脈沖波的速率、面積、加速度、波形高度和峰值時(shí)間長(zhǎng)度之
所述壓力刺激可以是在基本上恒定的壓力下加壓所述預(yù)定時(shí)間。
所述袖帶壓力控制裝單元可以執(zhí)行至少一次操作，在所述操作中，在所述壓力刺激之前和之后中的至少一個(gè)時(shí)間，將袖帶壓力從大氣壓升高至等于或高于所述對(duì)象的平均血壓的壓力，然后降低至等于或低于所述對(duì)象的最低血壓的壓力。
所述分析單元可以通過(guò)將在恒壓過(guò)程中獲得的不包含脈沖波振幅的血管粘彈性指數(shù)，與在所述壓力刺激之前或之后獲得的不包含脈沖波振幅的血管粘彈性指數(shù)進(jìn)行比較，來(lái)評(píng)估血管內(nèi)皮功能，在所述恒壓過(guò)程中將在加壓過(guò)程中獲得的袖帶壓力的預(yù)定壓力維持預(yù)定的時(shí)間長(zhǎng)度
所述分析單元可以對(duì)在所述袖帶壓力變化期間獲得的脈沖波的變化執(zhí)行統(tǒng)計(jì)學(xué)處理。
所述統(tǒng)計(jì)學(xué)處理可以是在其中獲得袖帶壓力加壓或減壓過(guò)程中不包含脈沖波振幅的血管粘彈性指數(shù)的最大值的處理。
所述統(tǒng)計(jì)學(xué)處理可以是在其中獲得袖帶壓力的恒壓過(guò)程中不包含脈沖波振幅的血管粘彈性指數(shù)的最大值的處理。
所述統(tǒng)計(jì)學(xué)處理可以是在其中獲得在袖帶壓力的變化期間獲得的不包含脈沖波振幅的血管粘彈性指數(shù)的最大值的鄰域平均值的處理。
所述統(tǒng)計(jì)學(xué)處理可以是在其中獲得在袖帶壓力恒定時(shí)獲得的不包含脈沖波振幅的血管粘彈性指數(shù)的最大值的鄰域平均值的處理。
所述裝置還可以包括顯示單元，所述分析單元可以從所述脈沖波計(jì)算血壓值，并且所述顯示單元可以同時(shí)顯示所述血壓值和通過(guò)所述分析單元進(jìn)行比較的結(jié)果。
所述袖帶可以包括適合于纏繞在所述對(duì)象身體的第一部分周圍的第一袖帶，以及適合于纏繞在所述對(duì)象身體的第二部分周圍的第二袖帶，所述袖帶壓力控制單元可以控制第一和第二袖帶中的一個(gè)的加壓和減壓，并且所述袖帶壓力檢測(cè)單元可以從與第一和第二袖帶中的另一個(gè)連接的壓力傳感器的輸出來(lái)檢測(cè)所述袖帶壓力。
所述第一和第二袖帶可以被置于所述對(duì)象身體的四肢之一上。


圖1是示出根據(jù)本申請(qǐng)所公開(kāi)的主題內(nèi)容的用于評(píng)估血管內(nèi)皮功能的裝置的實(shí)施例的構(gòu)造的框圖。
圖2是示出根據(jù)本申請(qǐng)所公開(kāi)的主題內(nèi)容的用于評(píng)估血管內(nèi)皮功能的裝置的袖帶附著于身體的狀態(tài)的視圖。
圖3A和3B是示出脈沖波測(cè)量的第一實(shí)例的圖，所述測(cè)量通過(guò)根據(jù)本申請(qǐng)所公開(kāi)主題內(nèi)容的用于評(píng)估血管內(nèi)皮功能的裝置的實(shí)施例和一段時(shí)間的動(dòng)脈阻塞來(lái)執(zhí)行。
圖4是流程圖，示 出在袖帶壓力減壓過(guò)程中，通過(guò)根據(jù)本申請(qǐng)所公開(kāi)的主題內(nèi)容的用于評(píng)估血管內(nèi)皮功能的裝置的實(shí)施例來(lái)執(zhí)行的脈沖波測(cè)量操作。
圖5是流程圖，示出在袖帶壓力加壓過(guò)程中，通過(guò)根據(jù)本申請(qǐng)所公開(kāi)的主題內(nèi)容的用于評(píng)估血管內(nèi)皮功能的裝置的實(shí)施例來(lái)執(zhí)行的脈沖波測(cè)量操作。
圖6A至6D是示出可用于根據(jù)本申請(qǐng)所公開(kāi)的主題內(nèi)容的用于評(píng)估血管內(nèi)皮功能的裝置的實(shí)施例的血管粘彈性指數(shù)的實(shí)例的圖。
圖7是示出與可用于根據(jù)本申請(qǐng)所公開(kāi)的主題內(nèi)容的用于評(píng)估血管內(nèi)皮功能的裝置的實(shí)施例的血管粘彈性指數(shù)的實(shí)例相關(guān)的ROC分析的結(jié)果的圖。
圖8A和8B是示出ROC分析的圖，所述ROC分析是用于根據(jù)本申請(qǐng)所公開(kāi)的主題內(nèi)容的用于評(píng)估血管內(nèi)皮功能的裝置的實(shí)施例的測(cè)定準(zhǔn)確性的驗(yàn)證的驗(yàn)證技術(shù)。
圖9是顯示了示出通過(guò)現(xiàn)有技術(shù)的FMD，在壓力刺激之前和之后血管舒張中彈性和粘性的變化的測(cè)量結(jié)果的圖。
圖10是示出在圖9的測(cè)量中脈沖波的振幅波形的實(shí)例的圖。
圖11是示出在模擬中獲得的，由壓力刺激后時(shí)間的流逝和粘性的變化所引起的影響的圖。
具體實(shí)施方式
本申請(qǐng)的發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，由動(dòng)脈阻塞后的即刻血流導(dǎo)致的血管內(nèi)部的剪應(yīng)力，促進(jìn)來(lái)自于血管內(nèi)皮細(xì)胞的血管減壓劑物質(zhì)NO的產(chǎn)生，結(jié)果血管直徑擴(kuò)大并且血管粘性增加。
血壓變化與血管體積脈沖波之間的關(guān)系可以通過(guò)下列表達(dá)式來(lái)表示。根據(jù)Boyle法則，
PXV=k (常數(shù))
其 中P是袖帶的袖帶內(nèi)壓力，V是袖帶內(nèi)體積。
當(dāng)血管體積增加Δν，并且袖帶內(nèi)壓力增加ΛΡ時(shí)，
(Ρ+ΔΡ) X (V+AV)=k。
這里，ΛΡΧ AV足夠小，因此保持下式:
Δ V=APX (V/P).
可以看出，在P和V恒定的情況下，壓力脈沖波Λ P與血管體積變化AV成正比。因此，這表明可以通過(guò)使用壓力脈沖波來(lái)計(jì)算血管直徑的變化，可以獲得表達(dá)式(I)的血管粘彈性指數(shù)，并且能夠進(jìn)行評(píng)估。
以下，將參考附圖描述本申請(qǐng)所公開(kāi)的主題內(nèi)容的用于評(píng)估血管內(nèi)皮功能的裝置的實(shí)施例。在圖中，一致的部件用相同的參考數(shù)字表示，重復(fù)性的描述將被省略。圖1是示出根據(jù)本申請(qǐng)所公開(kāi)的主題內(nèi)容的用于評(píng)估血管內(nèi)皮功能的裝置的構(gòu)造的框圖。所述裝置包括第一袖帶11、第一泵12、第一閥門(mén)13、第一壓力傳感器14、控制單元20、分析/處理單元30和顯示單元40。第二泵52和第二閥門(mén)53連接到所述控制單元20。第二壓力傳感器54連接到所述分析/處理單元30。此外，第二袖帶51連接到所述第二泵52、第二閥門(mén)53和第二壓力傳感器54。第一袖帶11將被纏繞在對(duì)象的第一身體部分例如手臂或腿周圍，并用于施加壓力以阻塞周圍纏繞有袖帶的部分上的動(dòng)脈。第二袖帶51將被纏繞在對(duì)象的第二身體部分例如手臂或腿周圍，并用于施加壓力以在周圍纏繞有袖帶的部分上檢測(cè)脈沖波。在測(cè)量中，優(yōu)選情況下，例如將第一袖帶11纏繞在手臂的手臂部分周圍，并將第二袖帶51纏繞在位于第一袖帶11的上游側(cè)(更接近心臟的一側(cè))的部分周圍，如圖2中所示。第一袖帶11和第二袖帶51可以置于對(duì)象身體的四肢的相同和同側(cè)肢上。
第一泵12在控制單元20的控制下將空氣供應(yīng)到第一袖帶11中。第一閥門(mén)13在控制單元20的控制下對(duì)第一袖帶11中空氣的不排放/排放進(jìn)行切換。第二泵52在控制單元20的控制下將空氣供應(yīng)到第二袖帶51中。第二閥門(mén)53在控制單元20的控制下對(duì)第二袖帶51中空氣的不排放/排放進(jìn)行切換?？刂茊卧?0構(gòu)成控制第一袖帶11和第二袖帶51的加壓和減壓的袖帶壓力控制單元。
第一壓力傳感器14連接到第一袖帶11，并輸出對(duì)應(yīng)于第一袖帶11中的壓力的信號(hào)，第二壓力傳感器54連接到第二袖帶51，并輸出對(duì)應(yīng)于第二袖帶51中的壓力的信號(hào)。分析/處理單元30由例如計(jì)算機(jī)構(gòu)成，控制整個(gè)裝置，并包括袖帶壓力檢測(cè)單元31、脈沖波檢測(cè)單元32和分析單元33。在實(shí)施例中，出于方便的目的，共用控制第一袖帶11和第二袖帶51的控制單元20以及執(zhí)行分析和處理的分析/處理單元30?？蛇x地，它們可以為每個(gè)袖帶配置。
袖帶壓力檢測(cè)單元31從第一和第二壓力傳感器14、54的輸出檢測(cè)第一和第二袖帶11、51的袖帶壓力。脈沖波檢測(cè)單元32從第二壓力傳感器54的輸出檢測(cè)脈沖波。分析單元33分析檢測(cè)到的脈沖波，以使用從在壓力刺激前、壓力刺激期間和壓力刺激后任兩個(gè)區(qū)段中檢測(cè)到的脈沖波獲得的并且不包含脈沖波振幅的血管粘彈性指數(shù)進(jìn)行比較，由此評(píng)估血管內(nèi)皮功能。
控制單元20在對(duì)象身體的部分上執(zhí)行預(yù)定時(shí)間長(zhǎng)度的連續(xù)壓力刺激并改變袖帶壓力，如例如圖3A中所示。即在加壓期(動(dòng)脈阻塞時(shí)期)T期間通過(guò)使用第一袖帶11執(zhí)行血管內(nèi)皮刺激，并在加壓期T之前和之后、即測(cè)量期Tp和Ta期間通過(guò)使用第二袖帶51測(cè)量脈沖波振幅。例如，加壓期T可以被設(shè)置為約5分鐘，測(cè)量期Tp和Ta可以被設(shè)置成通常的血壓測(cè)量所需的時(shí)間。在加壓期T期間監(jiān)測(cè)第一壓力傳感器14的輸出，并以等于最高血壓與預(yù)定壓力(例如50mmHg)之和的壓力執(zhí)行動(dòng)脈的阻塞。
用于評(píng)估血·管內(nèi)皮功能的裝置執(zhí)行圖4的流程圖中所述的處理。如上所述，將第一袖帶11纏繞在作為如圖2中所示的對(duì)象身體的一部分的臂部周圍，將第二袖帶51纏繞在作為對(duì)象身體的一部分并位于第一袖帶11的上游側(cè)上的臂部周圍，然后開(kāi)始測(cè)量。在控制單元20的控制下，在第二閥門(mén)53關(guān)閉的狀態(tài)下，將空氣從第二泵52送到第二袖帶51以升高袖帶壓力(S11)。
當(dāng)袖帶壓力達(dá)到預(yù)定壓力時(shí)，停止來(lái)自于第二泵52的空氣供應(yīng)，并打開(kāi)第二閥門(mén)53。因此，袖帶壓力降低，并且脈沖波檢測(cè)單元32檢測(cè)每次心跳的脈沖波振幅(S12)。
此外，袖帶壓力檢測(cè)單元31從第二壓力傳感器54的輸出檢測(cè)袖帶壓力，并在所述袖帶壓力和脈沖波的基礎(chǔ)上，分析單元33獲得血管粘彈性指數(shù)(S13)。血管粘彈性指數(shù)通過(guò)對(duì)在測(cè)量期Tp中獲得的脈沖波進(jìn)行統(tǒng)計(jì)學(xué)處理來(lái)獲得。測(cè)量期Tp中的脈沖波如圖3B中所示獲得，并且因此獲得了作為血管粘彈性指數(shù)的脈沖波面積。在測(cè)量期Tp中，當(dāng)袖帶壓力等于平均血壓時(shí)，脈沖波振幅最大，因此在例如圖6B中所示的幾個(gè)脈沖波波形中獲得最大面積(積分值)，所述圖6B是圖6A中所示的最大脈沖波振幅附近的脈沖波的放大圖。在平均血壓事先已知的情形中，為了獲得最大脈沖波不是必需加壓至等于或高于平均血壓的壓力，并且降低了對(duì)象的負(fù)擔(dān)。
接下來(lái)，實(shí)現(xiàn)加壓期T，在此期間，在控制單元20控制下關(guān)閉第一閥門(mén)13的狀態(tài)下，將空氣從第一泵12送往第一袖帶11，并且用于血管內(nèi)皮刺激，以等于最高血壓與預(yù)定壓力(例如50mmHg)之和的壓力執(zhí)行動(dòng)脈的阻塞(S14)。在5分鐘后，打開(kāi)第一閥門(mén)13以釋放袖帶壓力，由此將袖帶壓力降低至等于或低于最低血壓的壓力(S15)。然后將第二閥門(mén)53關(guān)閉，并從第二泵52輸送空氣以升高袖帶壓力(S16)。此外，以與上述相似的方式降低第二袖帶51的袖帶壓力，并且脈沖波檢測(cè)單元32檢測(cè)每次心跳的脈沖波振幅(S17)。
以與步驟S13相似的方式，在袖帶壓力和脈沖波振幅的基礎(chǔ)上，分析單元33從袖帶壓力和脈沖波振幅獲得作為血管粘彈性指數(shù)的脈沖波面積(S18)。將以前獲得的面積和較晚獲得的面積進(jìn)行相互比較，以評(píng)估血管內(nèi)皮功能(S19)。通過(guò)獲得以前獲得的面積除以較晚獲得的面積的除法的結(jié)果，來(lái)執(zhí)行比較。
如上所述，動(dòng)脈的阻塞通過(guò)第一袖帶11來(lái)執(zhí)行，并通過(guò)第二袖帶51在不同部位中測(cè)量脈沖波。如本專利申請(qǐng)的發(fā)明人的JP-A-2009-273870中所述，可以通過(guò)用于執(zhí)行動(dòng)脈阻塞的袖帶在同一部位中測(cè)量脈沖波。
在實(shí)施例中，在對(duì)袖帶壓力進(jìn)行減壓的過(guò)程中測(cè)量脈沖波?？蛇x地，如圖5的流程圖中所示，可以在對(duì)袖帶壓力進(jìn)行加壓的過(guò)程中執(zhí)行測(cè)量。也就是說(shuō)，在控制單元20的控制下，在第二閥門(mén)53關(guān)閉的狀態(tài)下，將空氣從第二泵52送往第二袖帶51以升高袖帶壓力，并且在袖帶壓力加壓過(guò)程中，通過(guò)脈沖波檢測(cè)單元32檢測(cè)每次心跳的脈沖波振幅(S21)。
此外，袖帶壓力檢測(cè)單元31從第二壓力傳感器54的輸出檢測(cè)袖帶壓力，并且在袖帶壓力和脈沖波的基礎(chǔ)上，分析單元33獲得血管粘彈性指數(shù)(S22)。通過(guò)對(duì)在加壓期中獲得的脈沖波的面積進(jìn)行統(tǒng)計(jì)學(xué)處理，獲得起到血管粘彈性指數(shù)作用的脈沖波面積。
在充分設(shè)置的加壓期后，將第二閥門(mén)53打開(kāi)以降低第二袖帶51的壓力(S23)，執(zhí)行諸如與圖4的流程圖中所示的實(shí)施例相同的步驟S14和S15中通過(guò)第一袖帶11進(jìn)行動(dòng)脈阻塞及其取消的過(guò)程，然后升高第二袖帶51的壓力，并且在升高第二袖帶51的袖帶壓力的過(guò)程中，通過(guò)脈沖波檢測(cè)單元32檢測(cè)每次心跳的脈沖波振幅(S24)。步驟S24中的過(guò)程與步驟S21和S22相同。在所述過(guò)程后，降低第二袖帶51的壓力(S25)，并執(zhí)行與圖4的流程圖中所示的實(shí)施例相同的步驟S19和S20的過(guò)程。
在圖4和5中，如上所述，在降低第二袖帶的壓力(S12，S17)或升高所述壓力(S21，S24)的過(guò)程中測(cè)定每次心跳的脈沖波振幅?？蛇x地，可以在第二袖帶的壓力保持恒定(處于恒定壓力)的狀態(tài)下測(cè)定每次心跳的脈沖波振幅。例如，恒定壓力是約20mmHg?？蛇x地，可以在執(zhí)行動(dòng)脈阻塞的加壓期T期間檢測(cè)脈沖波，并且可以根據(jù)檢測(cè)到的脈沖波獲得血管粘彈性指數(shù)，可以在測(cè)量期Tp或Ta期間檢測(cè)脈沖波，并且可以根據(jù)檢測(cè)到的脈沖波獲得血管粘彈性指數(shù)，并且可以將在所述兩個(gè)區(qū)段期間獲得的血管粘彈性指數(shù)相互比較。
在第二袖帶的壓力保持恒定(處于恒定壓力)的狀態(tài)下測(cè)定每次心跳的脈沖波振幅的情形中，第一袖帶和第二袖帶可以彼此相同，或者可以使用單一袖帶。在這樣的情況下，可以對(duì)圖1的構(gòu)造進(jìn)行修改，以便移除第二袖帶51、第二泵52、第二閥門(mén)53和第二傳感器54，使第一袖帶11具有第二袖帶51的功能，使第一泵12具有第二泵52的功能，使第一閥門(mén)13具有第二閥門(mén)53的功能，并且使第一傳感器14具有第二傳感器54的功能。
用于評(píng)估血管內(nèi)皮的裝置在顯示單元40上顯示如上所述獲得的血管粘彈性指數(shù)以及所述指數(shù)的比較結(jié)果。作為血壓值，顯示使用第二袖帶51的測(cè)量期Tp和Ta中預(yù)設(shè)的一個(gè)的值。用于評(píng)估血管內(nèi)皮的裝置可以產(chǎn)生將血管粘彈性指數(shù)的值按時(shí)間序列作圖的曲線圖，并將所述圖顯示在顯示單元40上。此外，所述裝置可以產(chǎn)生將前端血管粘彈性指數(shù)與后端血管粘彈性指數(shù)的比率按時(shí)間序列作圖的曲線圖，并將所述圖顯示在顯示單元40上。此外，可以保留獲得的血管粘彈性指數(shù)的數(shù)據(jù)的歷史信息，并可以將趨勢(shì)以列表的形式顯示在顯示單元40上。從獲得的血管粘彈性指數(shù)的數(shù)據(jù)可以產(chǎn)生曲線圖，并且可以將趨勢(shì)顯示在顯示單元40。
在本實(shí)施例中，獲得脈沖波面積作為血管粘彈性指數(shù)?？蛇x地，可以將脈沖波速率用作血管粘彈性指數(shù)。例如，將圖6A中所示的最大脈沖波振幅附近的脈沖波用時(shí)間求微分，并獲得如圖6C中所示的脈沖波速率。對(duì)速率執(zhí)行統(tǒng)計(jì)學(xué)處理。作為統(tǒng)計(jì)學(xué)處理，可以使用在其中獲得最大速率的技術(shù)。
可選地，可以使用脈沖波的加速度作為血管粘彈性指數(shù)。例如，將圖6A中所示的最大脈沖波振幅附近的脈沖波用時(shí)間求兩次微分，并獲得如圖6D中所示的脈沖波加速度。對(duì)加速度執(zhí)行統(tǒng)計(jì)學(xué)處理。作為統(tǒng)計(jì)學(xué)處理，可以使用在其中獲得最大加速度的技術(shù)。
可選地，可以使用峰值時(shí)間長(zhǎng)度作為血管粘彈性指數(shù)。例如，假設(shè)圖6B是圖6A中所示的最大脈沖波振幅附近的脈沖波的放大圖。如圖6B中所示，將從波形的零交叉點(diǎn)到波形的峰值點(diǎn)的時(shí)間長(zhǎng)度設(shè)定為峰值時(shí)間長(zhǎng)度，并且可以使用峰值時(shí)間長(zhǎng)度作為血管粘彈性指數(shù)。對(duì)峰值時(shí)間長(zhǎng)度執(zhí)行統(tǒng)計(jì)學(xué)處理。作為統(tǒng)計(jì)學(xué)處理，可以使用在其中獲得最大峰值時(shí)間長(zhǎng)度的技術(shù)，或者可以在其中使用預(yù)定數(shù)量的波形的峰值時(shí)間長(zhǎng)度的平均值?？蛇x地，可以使用在圖6B中所示的波形高度。波形高度是指從波形的零交叉點(diǎn)到峰值點(diǎn)的高度。
對(duì)于通過(guò)使用血管粘彈性指數(shù)進(jìn)行比較來(lái)評(píng)估血管內(nèi)皮功能的技術(shù)執(zhí)行測(cè)定準(zhǔn)確性的驗(yàn)證，如上所述，血管粘彈性指數(shù)從在壓力刺激前、壓力刺激期間和壓力刺激后的任兩個(gè)區(qū)段中檢測(cè)到的脈沖波獲得。使用ROC分析作為驗(yàn)證方法。在分析中，在如圖8A中所示對(duì)由無(wú)圖案區(qū)域指示的健康人群的分布和由小點(diǎn)圖案區(qū)域指示的患病人群的分布設(shè)置確定判據(jù)(閾值)的情形中，獲得了在圖中所顯示的真陽(yáng)性率和假陽(yáng)性率。真陽(yáng)性率是指被正確確定為患病的患者的比率，假陽(yáng)性率是指被錯(cuò)誤地確定為患病的患者的比率。當(dāng)橫坐標(biāo)表示假陽(yáng)性率，縱坐標(biāo)表示真陽(yáng)性率，在改變確定判據(jù)的同時(shí)獲得真陽(yáng)性率和假陽(yáng)性率，并且將所述比率作圖時(shí)，獲得了如圖8B中所示的ROC曲線。在ROC曲線中，可以證實(shí)曲線上升越快，技術(shù)越出色。
對(duì)于作為ROC曲線之上和之下的面積之比的AUC值來(lái)說(shuō)，當(dāng)將血管粘彈性指數(shù)的具體實(shí)例進(jìn)行排列時(shí)，獲得了圖7。根據(jù)圖7可以看出，在本申請(qǐng)所公開(kāi)的主題內(nèi)容的實(shí)施例中使用的面積(積分值)提供了非常出色的評(píng)估技術(shù)。在圖7中，在現(xiàn)有專利申請(qǐng)中起到血管粘彈性指數(shù)作用的最大振幅約為0.8或足夠高，并且最大速率、最大加速度、波形高度和峰值時(shí)間長(zhǎng)度也為0.6或以上。因此，已證實(shí)本發(fā)明的技術(shù)足夠有用。
如上所述，在用于血管內(nèi)皮刺激的加壓期T之前和之后，實(shí)現(xiàn)了使用第二袖帶51進(jìn)行脈沖波測(cè)量的測(cè)量期Tp和Ta，并且在每個(gè)用于脈沖波測(cè)量的測(cè)量期Tp和Ta中執(zhí)行一次測(cè)量?？蛇x地，在每個(gè)測(cè)量期中可以執(zhí)行多次測(cè)量。在可選方案中，前端和后端測(cè)量的數(shù)量可以彼此不同。在 測(cè)量期Tp和Ta中，袖帶壓力可以從大氣壓升高到等于或高于對(duì)象的平均血壓的壓力，然后降低至等于或低于對(duì)象的最低血壓的壓力。
根據(jù)本申請(qǐng)所公開(kāi)的主題內(nèi)容，對(duì)對(duì)象身體的一部分執(zhí)行預(yù)定時(shí)間的連續(xù)壓力刺激，并且分析單元通過(guò)對(duì)壓力刺激之前和之后脈沖波的血管粘彈性指數(shù)進(jìn)行相互比較，來(lái)評(píng)估血管內(nèi)皮功能。因此，構(gòu)造和測(cè)量技術(shù)被簡(jiǎn)化，并且由于壓力刺激之前和之后的脈沖波具有血管的粘彈性特征的信息，因此脈沖波的比較能夠使血管內(nèi)皮功能的評(píng)估高度精確地進(jìn)行。
圖11示出在模擬波形中，由粘性和彈性值的變化以及時(shí)間的流逝施加于脈沖波的振幅和面積的影響。如圖11所示，F(xiàn)MD不受由時(shí)間流逝造成的粘性變化的影響。相反，在本申請(qǐng)所公開(kāi)的主題內(nèi)容的技術(shù)(最大面積方法)中，作為不包含脈沖波振幅的粘彈性指數(shù)的脈沖波最大面積，盡管受到由于時(shí)間流逝導(dǎo)致的粘性的影響，但測(cè)量結(jié)果與FMD的結(jié)果相似，并且與測(cè)量脈沖波最大振幅的技術(shù)(最大脈動(dòng)方法)相比，與FMD的偏差得到進(jìn)一步改 善。
權(quán)利要求
1.一種用于評(píng)估血管內(nèi)皮功能的裝置，該裝置包括: 袖帶壓力控制單元，該袖帶壓力控制單元被構(gòu)造為通過(guò)使用適合于纏繞在對(duì)象身體的一部分周圍的袖帶，對(duì)所述對(duì)象身體的所述部分執(zhí)行預(yù)定時(shí)間的連續(xù)壓力刺激； 袖帶壓力檢測(cè)單元，該袖帶壓力檢測(cè)單元被構(gòu)造為從連接到所述袖帶的壓力傳感器的輸出檢測(cè)袖帶壓力； 脈沖波檢測(cè)單元，該脈沖波檢測(cè)單元被構(gòu)造為從所述壓力傳感器的輸出檢測(cè)脈沖波；以及 分析單元，該分析單元被構(gòu)造為通過(guò)對(duì)不包含所述脈沖波的振幅的血管粘彈性指數(shù)進(jìn)行比較以評(píng)估血管內(nèi)皮功能，所述血管粘彈性指數(shù)從在所述壓力刺激之前、期間和之后區(qū)段中的兩個(gè)區(qū)段中檢測(cè)到的所述脈沖波獲得。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其中 所述不包含脈沖波振幅的血管粘彈性指數(shù)，是在所述區(qū)段中的兩個(gè)區(qū)段中檢測(cè)到的所述脈沖波的速率、面積、加速度、波形高度和峰值時(shí)間長(zhǎng)度中的一個(gè)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其中 所述壓力刺激是在基本上恒定的壓力下加壓所述預(yù)定時(shí)間。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其中 所述袖帶壓力控制單元執(zhí)行至少一次操作，在該操作中，在所述壓力刺激之前和之后中的至少一個(gè)時(shí)間，將所述袖帶壓力從大氣壓升高至等于或高于所述對(duì)象的平均血壓的壓力，然后降低至等于或低于所述對(duì)象的最低血壓的壓力。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其中 所述分析單元通過(guò)將在恒壓過(guò)程中獲得的所述不包含脈沖波振幅的血管粘彈性指數(shù)，與在所述壓力刺激之前或之后獲得的所述不包含脈沖波振幅的血管粘彈性指數(shù)進(jìn)行比較，以評(píng)估所述血管內(nèi)皮功能，在所述恒壓過(guò)程中將在加壓過(guò)程中獲得的袖帶壓力的預(yù)定壓力維持預(yù)定的時(shí)間段。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其中 所述分析單元對(duì)在所述袖帶壓力變化期間獲得的所述脈沖波的變化執(zhí)行統(tǒng)計(jì)學(xué)處理。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的裝置，其中 所述統(tǒng)計(jì)學(xué)處理是在其中獲得袖帶壓力加壓或減壓過(guò)程中所述不包含脈沖波振幅的血管粘彈性指數(shù)的最大值的處理。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所 述的裝置，其中 所述統(tǒng)計(jì)學(xué)處理是在其中獲得袖帶壓力的恒壓過(guò)程中所述不包含脈沖波振幅的血管粘彈性指數(shù)的最大值的處理。
9.根據(jù)權(quán)利要求6所述的裝置，其中 所述統(tǒng)計(jì)學(xué)處理是在其中獲得在袖帶壓力的變化期間獲得的所述不包含脈沖波振幅的血管粘彈性指數(shù)的最大值的鄰域平均值的處理。
10.根據(jù)權(quán)利要求6所述的裝置，其中 所述統(tǒng)計(jì)學(xué)處理是在其中獲得在袖帶壓力恒定時(shí)獲得的所述不包含脈沖波振幅的血管粘彈性指數(shù)的最大值的鄰域平均值的處理。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，還包括顯示單元，其中所述分析單元從所述脈沖波計(jì)算血壓值，并且 所述顯示單元同時(shí)顯示所述血壓值和通過(guò)所述分析單元進(jìn)行比較的結(jié)果。
12.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其中 所述袖帶包括適合于纏繞在所述對(duì)象身體的第一部分周圍的第一袖帶，以及適合于纏繞在所述對(duì)象身體的第二部分周圍的第二袖帶， 所述袖帶壓力控制單元控制所述第一和第二袖帶中的一個(gè)的加壓和減壓，并且所述袖帶壓力檢測(cè)單元從連接到所述第一和第二袖帶中的另一個(gè)的壓力傳感器的輸出檢測(cè)所述袖帶壓力。
13.根據(jù)權(quán)利要求12 所述的裝置，其中 所述第一和第二袖帶被置于所述對(duì)象身體的四肢中的一個(gè)上。
全文摘要
一種用于評(píng)估血管內(nèi)皮功能的裝置，所述裝置包括袖帶壓力控制單元，其被構(gòu)造為通過(guò)使用適合于纏繞在對(duì)象身體的一部分周圍的袖帶，對(duì)所述對(duì)象身體的所述部分執(zhí)行預(yù)定時(shí)間的連續(xù)壓力刺激；袖帶壓力檢測(cè)單元，其被構(gòu)造為從連接到所述袖帶的壓力傳感器的輸出檢測(cè)袖帶壓力；脈沖波檢測(cè)單元，其被構(gòu)造為從所述壓力傳感器的輸出檢測(cè)脈沖波；以及分析單元，其被構(gòu)造為通過(guò)對(duì)不包含所述脈沖波振幅的血管粘彈性指數(shù)進(jìn)行比較來(lái)評(píng)估血管內(nèi)皮功能，所述血管粘彈性指數(shù)從在所述壓力刺激之前、期間和之后的區(qū)段中的兩個(gè)區(qū)段中檢測(cè)到的脈沖波獲得。
文檔編號(hào)A61B5/02GK103156583SQ201210537440
公開(kāi)日2013年6月19日 申請(qǐng)日期2012年12月12日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月19日
發(fā)明者辻敏夫, 吉棲正生, 東幸仁, 河本昌志, 小澤秀夫, 鵜川貞二, 高柳恒夫, 森本陽(yáng)香, 久保諒祐 申請(qǐng)人:國(guó)立大學(xué)法人廣島大學(xué), 日本光電工業(yè)株式會(huì)社